汽车电气接口的平台化设计五步法及应用

张新丰，吴 斌

（1.同济大学汽车学院，上海 201804；2.上海汽车乘用车技术中心，上海 201800）

在汽车工业竞争日益激烈的今天，传统造车方式使用的高昂模具及生产设备费用，均摊到年销量较小的车型上，很难取得盈利［1］，而传统车企动辄3～5年的研发周期，也无法满足汽车产品快速迭代的需求。如何以更低的成本、更高的效率，开发更多车型，是摆在所有车企面前的难题［2］。为此，各国车企纷纷采用平台化战略。汽车平台化是将汽车的基础零件如发动机、车身结构、底盘等设计得基本一致，只在造型和轴距上加以区分，从而满足细分市场的需求［3］。平台化战略能使车企复用一半以上的零件，节约2～4成零件研发费用和采购成本，并将整车开发周期缩短三成以上［4］。

同时，汽车电子技术发展迅猛，汽车电子占整车成本比重逐年上升。然而大部分汽车电子零件不涉及造型，其连接形式、接口关系并非消费者关注点，故平台化战略尤其适合汽车电气设计。采用一致的平台化接口方案，可实现零件复用和降本增效。本文结合作者的实际工作经验，提出可靠的汽车电气零件平台化接口制定方法——接口制定五步法。

1 平台化接口制定五步法基本思路

接口制定五步法 （以下简称五步法）是对平台化接口方法制定的经验总结，适合所有车企。接口制定五步法流程如图1所示。五步法具体步骤如下。

1）系统接口的范围和优先级划分。目的是划分接口范围和识别重要接口，并制定接口计划。由于主机厂人力资源限制，不能同时对所有电气系统制定平台化接口。应确定各接口的优先级，并制定合理的接口制定计划，便于开展后续工作。

2）系统方案的平台化策略研究。此步骤是制定合理的平台化接口的基础，包含需求分析、潜在供应商分析、方案分析和性能分析。通过各项分析，可以对子系统有一个全面的认识。

3）系统接口的平台化提案和优化。基于第2步的深入分析，可以提出系统接口的平台化提案。提案需经由各层审核，项目验证通过，最终将接口方案编制成平台化接口规范，用于指导和约束后续项目。

4）平台化方案实施策略。平台化接口规范将直接在项目中应用，如出现新老平台过渡或低成本项目，导致某些接口无法使用平台化方案，则这些接口需要偏差认可，应提供偏差报告。

5）经验总结。平台化接口在项目实际应用过程中遇到的问题、实施的经验应及时记录下来。对于接口方案导致的重大问题，应考虑改进或重新制定平台化方案。对于具有典型性的实施经验应补充到接口文档的实施要点中。项目进行过程中和项目结束后都需要总结经验教训。前期充分的分析可以有效避免后期由于接口方案引发的问题。

图1 接口制定五步法流程图

2 平台化接口制定实例

下面将结合实例——巡航开关检测的平台化接口制定过程，对接口五步法进行详细阐述。

2.1 系统接口的范围和优先级

一般将整车的系统划分为13个域：车身，车辆进入和起动、安全，电源管理，空调，混合动力，传统动力，底盘，被动安全，主动安全，无线通信，人机接口，信息娱乐，架构。整车所有电气类功能都可以分配到这13个域中。系统划分完成后，应确立接口优先级。一般将接口优先级分为3个等级：①全局性和跨部门零件的接口，如电源模式、车速、环境温度等。此类接口涉及面广，争议多，对整车的影响和意义大，其中动力、底盘和安全相关的接口最关键。②单一部门负责的跨零件接口。此类接口不涉及外部门，争议和影响较小，可降低优先级。③单个零件的接口。此类接口对整车的影响极低，可最后制定平台化方案。

本节将以一个动力相关的接口，即定速巡航开关检测为例，介绍接口五步法的具体应用方法。

2.2 系统方案的平台化策略研究

平台化策略研究分4个方面：需求分析、方案分析、潜在供应商分析和性能分析，下面逐一介绍。

2.2.1 需求分析

需求分析是指对子系统功能及相关方的需求进行分析。子系统功能可从3方面获取：①市场分析，即客户的功能期望；②法规分析，尤其是国家标准和安全要求；③对标分析，可参考主机厂以往做法或竞品车型功能。

本例的巡航控制主要功能是在安全状态下，让车辆按驾驶员的指定速度自行保持匀速运动。具体功能如下：①定速巡航启用和禁用；②定速巡航目标速度设定；③定速巡航目标速度取消和恢复；④定速巡航目标速度增加或减少。

明确子系统功能后，需要考虑所有功能实现方的需求，通常借助对标分析获得相关方信息。本例中定速巡航功能涉及的实现方需求分析如下：①定速巡航开关：根据驾驶员操作，输出相应请求。②网关 （GW）：检测定速巡航开关输入，并向网络发送定速巡航开关信号。③发动机控制模块 （ECM）：定速巡航控制，包括判定巡航是否满足激活条件，所需输出的扭矩计算和控制等。④变速器控制模块（TCM）：辅助实现定速巡航功能。如配合ECM，实现增扭、降扭等。当TCM故障时，ECM需要禁止巡航功能。⑤电子稳定程序 （ESP）：检测轮速，并换算成车速。输出信号给ECM，用于定速巡航控制。⑥仪表 （IPC）：指示巡航激活，待命及故障的状态。⑦电子驻车制动系统 （EPB）：巡航禁止或退出条件。在EPB被激活时，请求ECM禁止巡航功能。⑧制动踏板，离合器踏板：在巡航激活时，踩下制动或离合器踏板，巡航将进入待命状态。⑨加速踏板：当加速踏板开度超过定速巡航模拟的加速踏板开度时，进行加速，巡航暂时处于待命状态。⑩安全气囊 （SDM）：用于记录整车状态。11○车身控制模块 （BCM）：检测制动踏板和离合器踏板的状态，如果与ECM检测的踏板状态不一致，记为故障，退出巡航。

2.2.2 潜在供应商分析

通过潜在供应商分析，可了解市面上已有的成熟技术方案，对平台化接口方案制定有一定的借鉴意义。通常整车厂为减小开发压力，只对重点零部件进行研发，其余的开发任务交由供应商完成，只需提供需求文档即可。成熟的平台化接口标准也是需求文档的一部分。在选择供应商时，应结合技术成熟度和成本两方面综合考虑，可靠的供应商可以使平台化方案更完善地实施。通常需要全面评估供应商能力。表1是对供应商能力评估的简单示例。实际供应商评估过程中，应涵盖更多方面。

2.2.3 方案分析

通过对标分析，可获取以往项目的方案以及竞品车型的技术方案和产品信息。结合需求和潜在供应商分析，可得出多种潜在技术方案，此时需进行方案分析。方案分析时应该从多个维度进行综合考虑，如成本、可实现性、可扩展性、可维护性等。结合架构工具，如Preevision可以量化方案指标，便于方案评估。表2是巡航开关接法的对比分析示例。

表1 巡航开关潜在供应商分析

表2 巡航开关方案分析

2.2.4 性能分析

性能分析也是重要一环，常见指标有可靠性、功耗、响应时间等。通过电路分析，可以得出电器性能优良的方案。下面以名爵锐腾巡航开关接口采集电路 （图2）为例进行电路性能分析。

此电路是分段采集电路，其要求是将各个分段的电压较为均匀地分割开，并设置合理的死区电压，防止误采集。该类接口推荐电阻值列表见表3。表3中典型值为电路推荐值，实际电路允许有1%的上下偏差。基于表3，可以计算1号引脚和2号引脚在各个挡位的电阻和电压情况，具体见表4～表7。3号引脚只是简单的高有效和低有效，故不计算。表5和表7中的距离+和距离-是为自适应巡航开关做预留的，定速巡航开关实际上并无这2个开关。

表3 巡航开关推荐电阻值

表4 开关信号1引脚输出端的电阻

表5 开关信号2引脚输出端的电阻

表6 开关信号1引脚输出端的电压

表7 开关信号2引脚输出端的电压

可进一步计算各个挡位间的隔离幅度和最大最小电压的差值，见表8和表9。

从表8和表9中可以看出电压最大值与最小值的差值逐渐减小，而隔离幅度逐渐增大。但总体来说，电压分段比较清晰，易于检测，电压隔离度较大，不容易出现误采集现象。

图2 名爵锐腾巡航开关接口采集电路

表8 1号引脚电压隔离幅度和电压差值

表9 2号引脚电压隔离幅度和电压差值

2.3 系统接口的平台化提案和优化

经过2.2的详细分析，可提出接口草案，草案应与最终的接口规范使用相同模板，以便于管理，方便讨论和后期的标准制定。接口模板应结合公司的实际情况进行定制。本文以定速巡航开关检测接口为例，介绍上汽平台化接口规范的模板。

1）接口描述，用于描述接口的功能。定速巡航开关检测的接口描述如下：定速巡航控制是将车辆保持在一个稳定速度行驶的功能。巡航开关可实现巡航功能的激活、待命、关闭或增减车速等。

2）升级记录，用于记录接口的修改历史。定速巡航开关检测的升级记录见表10。

表10 定速巡航开关检测升级记录

3）信号流，用于显示接口相关信号的流向。定速巡航开关检测的信号流如图3所示。

4）硬线接口电路，用于显示接口相关的硬线连接关系。定速巡航开关检测的硬线接口电路如图4所示。

5）非ECU零件内部电路，用于示意非控制器类零件的内部电路，一般是传感类或执行类零件内部电路。定速巡航开关检测的非ECU零件内部电路见图2左。

6）ECU零件内部电路，用于示意控制器类零件的内部电路。定速巡航开关检测的ECU零件内部电路见图2右。

图3 定速巡航开关检测信号流

图4 定速巡航开关检测硬线接口电路

7）串行数据信号，用于规范网络信号的具体内容和格式。定速巡航开关检测的串行数据信号如图5所示。

8）实施要点，用于记录项目实施过程中的重点注意事项。定速巡航开关检测的实施要点如下：定速巡航控制开关为手柄式开关，布置在左转向灯手柄的下端。开关信号3只输出定速巡航开和关两种状态，用于实现开关断开时的主动限速功能。安全气囊控制模块接收Cruise Control Switch Status On Switch Active，用于记录气囊点爆时整车状态，便于事故分析。

图5 定速巡航开关检测的串行数据信号

9）背景信息，用于补充接口制定过程中的背景信息。定速巡航开关检测的背景信息如下：定速巡航开关的平台化方案后续可扩展成自适应巡航开关的接口电路，仅需在开关信号2这一路的开关内部增加距离加减的开关即可实现。

上述1）～9）即为上汽平台化接口规范模板。该接口提案是个人提案，存在局限性，需经各层面审核。首先经由科室内部评审，再通过会议或其他形式经由部门内的专家审核、修改和通过，即部门内部审核。未涉及跨部门零件的接口只要通过部门内部审核即可。跨部门的接口，还应与相关部门联合评审。经多方审核是必要的，因为跨部门的接口牵扯面广，单个部门制定跨部门接口，必然偏向本部门，非最佳方案。跨部门接口方案的制定过程要平衡各方利益，最终方案必须站在整个公司高度来评估。本例中的巡航开关检测平台化方案主要涉及开关、线束、网关、发动机、安全气囊控制器，至少需与上述零件的主管工程师进行确认。在电器部内部审核后，还需通过发动机部相关专家的审核。完成上述评审后，应搭载一到两个项目进行验证。验证过程中遇到的问题需及时经验总结。如果验证过程中发现接口的重大问题，应修改接口方案，重新验证。直到验证通过后，才可以将该接口方案固化为平台化接口标准规范，并在后续项目中推广实施。

2.4 系统接口的平台化提案和优化

在制定完平台化接口规范后，后续项目一般直接使用接口规范中的定义，无需再进行系统评审。对于有多种方案的平台化接口，项目应用工程师应该与接口相关方确认使用哪一种方案。如果接口相关方因特殊原因，如供应商切换或零件型谱升级等，导致无法使用平台化方案时，应该采取偏差认可。偏差认可的接口需提供偏差报告。报告应包括无法使用接口规范的原因和偏差方案。偏差报告应得到所有接口相关方的认可且只能在单个项目中使用，不能将偏差报告沿用到下一个项目。因为偏差只是应急处理方案，不应该是常态。若确认偏差方案会在后续项目中长期应用，则应将此偏差方案加入到平台化接口方案中。总之，合理的流程应该是先制定平台化接口规范，然后再将平台化接口方案实施到项目中，尽量避免偏差认可。

2.5 经验汇总

在项目实际应用接口规范的过程中所产生的经验应及时记录到相关接口的实施要点，如布置、安装等。此外随着外界因素波动，如产品使用时间、气候等，产生相关接口的失效问题，经过原因分析，也需要提炼出针对这个接口的实施要点，完善更新标准。这些实际问题产生的经验对后续避免这些问题和制定新系统的接口规范都有重要的借鉴意义。

3 总结

本文针对汽车电子电器零件的平台化，提出一套较为可行的平台化制定方法——接口五步法。五步法充分分析了需求，又通过了严格的审核和验证，运用该方法制定的平台化接口较为严密。当然，再严密的接口制定流程，也难免会有遗漏，但修改平台化方案的代价巨大。因为平台化方案一旦应用，其应用量必然很大，所以问题产生的影响和更改成本巨大，这是平台化最大的问题。此外，新老平台方案切换过程中的零件配合也容易出错。因此，在方案设计之初就充分考虑各种问题，减少修改。